DE69906486T2

DE69906486T2 - ROTATION MACHINE

Info

Publication number: DE69906486T2
Application number: DE69906486T
Authority: DE
Inventors: John Edward Haverhill Archer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2019-01-20
Also published as: EP1049856A1; JP2002501137A; ES2195537T3; EP1049856B1; AU2287099A; DE69906486D1; US6276329B1; GB9801113D0; GB2333561B; GB2333561A; WO1999037886A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine, die zur Verwendung als Motor oder als Pumpe ausführbar ist. In erster Linie soll die Maschine jedoch als Motor verwendet werden.The present invention relates to a rotary machine for use as a motor or as a pump executable is. The machine is primarily used as a motor become.

Hubkolbenverbrennungsmotoren, die zum Beispiel im Viertaktverfahren betrieben werden und Benzin oder Diesel als Kraftstoff verwenden, sind sehr gut bekannt.Reciprocating internal combustion engines, the for example operated in four-stroke and petrol or Using diesel as a fuel is very well known.

Die Unzulänglichkeiten herkömmlicher Motoren sind auch gut bekannt, und seit mehr als einem Jahrhundert besteht ein großer Forschungs- und Entwicklungsaufwand, der daraufhin abzielt, verbesserte Verbrennungsmotoren bereitzustellen. Ein Teil der Forschung konzentrierte sich auf den Versuch einer Verbesserung des grundlegenden Hubkolbenmotors, zum Beispiel durch eine genauere Steuerung von Verbrennungsbedingungen. Im Blickpunkt weiterer Forschung stand die Bereitstellung einer alternativen Konstruktion zu dem grundlegenden Hubkolbenmotor. Der Wankelmotor ist ein Beispiel für einen solchen Vorschlag, dieser ist jedoch mit einigen der Nachteile herkömmlicher Kolbenmotoren behaftet und weist seine eigenen Probleme auf.The shortcomings of conventional Motors are also well known, and have been for over a century there is a big one Research and development effort aimed at improving internal combustion engines provide. Part of the research focused on the Attempt to improve the basic reciprocating engine to Example by more precise control of combustion conditions. The focus of further research was on providing one alternative construction to the basic reciprocating engine. The Wankel engine is an example of such a proposal, but this has some of the disadvantages conventional Piston engines are fraught and have their own problems.

Gasturbinen leiden nicht so sehr unter Vibrationen, aber kleine Turbinen können nicht so leicht effizient hergestellt werden.Gas turbines don't suffer that much under vibration, but small turbines can not be efficient so easily getting produced.

Derzeit werden Hubkolbenverbrennungsmotoren in erster Linie zum Fahrzeugantrieb verwendet und erreichen bestenfalls einen Wirkungsgrad von nur ca. 30%. Darüber hinaus müssen Maßnahmen getroffen werden, Lärm und Vibrationen zu reduzieren.Currently, reciprocating internal combustion engines primarily used for vehicle propulsion and achieve at best an efficiency of only approx. 30%. In addition, measures must be taken be, noise and reduce vibrations.

In der DE-PS 42 00 146 wird eine Rotationsbrennkraftmaschine beschrieben. Bei dieser Maschine dreht sich ein Rotor in einer Ringkammer und trägt eine Schaufel, die die Kammer durchläuft. An einer Stelle wird die Kammer durch eine bewegliche Sperrplatte gesperrt, welche bei jeder Drehung in jeder Stufe eine Öffnung aufweist, durch die die Schaufel die Platte passieren kann. Gaseinlässe und -auslässe sind nahe der Platte angeordnet, und der Rotor dreht sich vier Mal zur Vervollständigung eines Motorzyklus.In DE-PS 42 00 146 a Rotary internal combustion engine described. Turns on this machine a rotor in an annular chamber and carries a vane that encloses the chamber passes. At one point the chamber is closed by a movable locking plate locked, which has an opening with every rotation in each stage, through which the shovel can pass the plate. Gas inlets and outlets are located near the plate and the rotor rotates four times to complete an engine cycle.

Des Weiteren beschreibt die FR-PS 334 055 eine Rotationsmaschine. Diese Maschine weist eine bewegliche Sperrplatte auf, die sich bewegen kann, um das Passieren eines Kolbens zu gestatten. Die Sperrplatte besteht aus zwei gegenläufigen, mit Löchern versehenen Scheiben, deren Löcher sich an einer Stelle im Zyklus überlappen, damit der Kolben passieren kann.The FR-PS also describes 334 055 a rotary machine. This machine has a movable Lock plate on, which can move to pass a piston to allow. The locking plate consists of two opposing with holes provided washers, their holes overlap at one point in the cycle, so that the piston can pass.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Rotationsbrennkraftmaschine bereitgestellt, die Folgendes umfasst: einen ringförmigen Zylinder, einen zur Drehung um die Zylinderachse auf einer Welle angebrachten Rotor, mindestens zwei am Rotor angebrachte Kolben, deren Querschnittsfläche im Wesentlichen gleich der Querschnittsform des Zylinders ist, wobei der Rotor und die Kolben so angeordnet sind, dass die Kolben bei Drehung des Rotors das Innenvolumen des Zylinders durchlaufen, einen Ventilmechanismus zum Öffnen und Schließen des Querschnitts des ringförmigen Zylinders, einen auf einer Seite des Ventilmechanismus vom Zylinder führenden Druckgasauslass, ein Einwegeventil im Druckgasauslass, eine Druckgaskammer zum Empfang von Gas aus dem Auslass, einen auf der gegenüberliegenden Seite des Ventilmechanismus in den Zylinder führenden Verbrennungskanal, ein Ventil zum Öffnen und Schließen des Verbrennungskanals unabhängig vom Ventilmechanismus und ein Mittel zum Zünden eines brennbaren Gasgemisches im Verbrennungskanal; dadurch gekennzeichnet, dass ein dauerhaft geöffneter Arbeitsfluideinlass zum und ein dauerhaft geöffneter Abführauslass vom Zylinder vorgesehen sind, um gegenüberliegenden Seiten des Ventilmechanismus Fluid zuzuführen bzw. Fluid daraus abzuführen, wobei der Arbeitsfluideinlass und der Abführauslass in Positionen vorgesehen sind, die bezüglich des Durchmessers des ringförmigen Zylinders im Wesentlichen diametral gegenüber dem Ventilmechanismus liegen, und dass der Ventilmechanismus zwei parallele, gegenläufige Platten umfasst, die jeweils einen Ausschnitt an ihrem Umfang aufweisen, wobei die Platten so angeordnet sind, dass ihre Rotationsebene den Zylinder an einer Stelle am Zylinderumfang schneidet.According to the present invention A rotary engine is provided, the following includes: an annular Cylinder, one mounted on a shaft for rotation about the cylinder axis Rotor, at least two pistons attached to the rotor, their cross-sectional area essentially is equal to the cross-sectional shape of the cylinder, the rotor and the pistons are arranged so that the pistons when the rotor rotates pass through the inner volume of the cylinder, a valve mechanism to open and closing of the cross section of the annular Cylinder, one on one side of the valve mechanism from the cylinder leading Pressurized gas outlet, a one-way valve in the pressurized gas outlet, a pressurized gas chamber to receive gas from the outlet, one on the opposite Side of the valve mechanism in the cylinder leading combustion channel, a valve to open and closing of the combustion channel independently from the valve mechanism and a means for igniting a combustible gas mixture in the combustion duct; characterized in that a permanent open Working fluid inlet to and a permanently open discharge outlet from the cylinder provided are to opposite Sides of the valve mechanism to supply fluid or to remove fluid therefrom, wherein the working fluid inlet and the drain outlet are provided in positions are that regarding of the diameter of the annular Cylinders are essentially diametrically opposite the valve mechanism, and that the valve mechanism is two parallel, counter-rotating plates comprises, each having a section on its circumference, wherein the plates are arranged so that their plane of rotation is the cylinder cuts at one point on the cylinder circumference.

Die Druckgaskammer ist vorzugsweise unabhängig vom Motorblock, in dem der Zylinder ausgebildet ist, und das Verbrennungskanalventil wird durch einen von der Wellenachse angetriebenen Zeitsteuermechanismus gesteuert.The compressed gas chamber is preferred independently from the engine block in which the cylinder is formed and the combustion passage valve is driven by a timing mechanism driven by the shaft axis controlled.

Es ist wichtig, dass das Ventil zum Öffnen und Schließen des Verbrennungskanals nicht an den Ventilmechanismus gebunden ist, der den Zylinder abwechselnd sperrt und entsperrt. Dadurch kann die Zeitsteuerung des Verbrennungszyklus zu einem beliebigen Zeitpunkt eingestellt werden, so dass sie die an den Motor gestellten. Lastbedingungen auf effektivste Weise erfüllt.It is important to open the valve and Conclude the combustion channel is not tied to the valve mechanism, which alternately locks and unlocks the cylinder. This can the timing of the combustion cycle at any time be adjusted so that they are the ones placed on the engine. load conditions met in the most effective way.

Die Maschine enthält vorzugsweise einen einstellbaren Zeitsteuermechanismus, der eine Änderung der Steuerzeiten des Betriebs des Verbrennungskanalventils bezüglich des Ventilmechanismus gestattet. Dieser Zeitsteuermechanismus kann Eingangssignale/Antrieb vom Rotor und/oder von anderen Motorparametern, wie zum Beispiel Temperatur, Fahrergeschwindigkeitsanforderungseingabe und von anderen Parametern, die in Bezug auf die Motorsteuerung bekannt sind, empfangen.The machine preferably includes an adjustable one Timing mechanism of a change the timing of the operation of the combustion channel valve with respect to Valve mechanism allowed. This timing mechanism can input signals / drive the rotor and / or other motor parameters, such as Temperature, driver speed request input and others Receive parameters known in relation to engine control.

Somit kann gemäß diesem Aspekt der Erfindung ein Fluid in einer Druckkammer mit einem Kolbenglied gezielt komprimiert oder entspannt werden, ohne dass eine hinund hergehende Bewegung erforderlich ist. Dies kann zu einer Vorrichtung führen, die mit geringeren Vibrationen, gleichmäßiger und effizienter läuft.Thus, according to this aspect of the invention a fluid is specifically compressed in a pressure chamber with a piston member or be relaxed without any reciprocating motion is required. This can lead to a device that works with less vibration, more even and runs more efficiently.

Obgleich dem Fluid extern Wärme zugeführt werden könnte, wird Wärme vorzugsweise durch Verbrennung im Fluid erzeugt, wobei das Fluid Sauerstoff (zum Beispiel Luft) enthält. Kraftstoff kann entweder in der Kammer verbrannt werden, wenn sich das Fluid entspannt, oder in einer äußeren Kammer, aus der das Fluid wieder in die Kammer eingeführt wird, oder beides.Although heat is externally supplied to the fluid heat is preferably generated by combustion in the fluid, the fluid containing oxygen (e.g. air). Fuel can either be burned in the chamber as the fluid relaxes, or in an outer chamber from which the fluid is reintroduced into the chamber, or both.

Ein Vorteil dieses Verbrennungsmotors besteht darin, dass Kraftstoff allmählicher verbrennt werden kann, statt dass eine starke Explosion wie bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor erforderlich ist, wodurch eine vollständigere Verbrennung ermöglicht werden und des Weiteren möglicherweise unerwünschte Verbrennungsnebenprodukte, wie zum Beispiel Stickstoffoxide, reduziert werden können.An advantage of this internal combustion engine is that fuel can be burned more gradually instead of a strong explosion like a conventional one Internal combustion engine is required, creating a more complete Allows combustion and possibly undesirable combustion by-products, such as nitrogen oxides, can be reduced.

Die Verbrennung von Kraftstoff kann bevor das Fluid wieder eingeführt wird, während das Fluid wiedereingeführt wird oder. vollständig nachdem das Fluid eingeführt worden ist oder in einer beliebigen Kombination des Obigen erfolgen. Vorzugsweise wird das komprimierte Fluid über eine mit einem Teil der Kammer in der Nähe des Ventilbereichs in Strömungsverbindung stehende Vorkammer wieder in die Kammer eingeführt, und Kraftstoff wird in der Vorkammer gezündet.The combustion of fuel can before the fluid is reintroduced will while reintroduced the fluid will or. Completely after the fluid is introduced has been done or in any combination of the above. Preferably, the compressed fluid is provided with a portion of the Chamber nearby of the valve area in flow connection standing prechamber is reinserted into the chamber and fuel is in ignited the antechamber.

Vorzugsweise weist die Maschine zwei im Wesentlichen diametral gegenüberliegende Kolben auf. Überraschenderweise bietet die Verwendung von zwei Kolben Vorteile gegenüber größeren Anzahlen von Kolbengliedern, da sich der Kolben bei einem Arbeitshub um fast 180 Grad durch die Kammer bewegen kann, wodurch Zeit zum Abziehen maximaler Energie aus der Verbrennung und zur Gestattung einer im Wesentlichen vollständigen Verbrennung gestattet wird. Es können jedoch auch drei, vier oder sogar noch mehr Kolbenglieder vorgesehen werden.The machine preferably has two essentially diametrically opposite Piston on. Surprisingly the use of two pistons offers advantages over larger numbers of piston members, since the piston moves almost by one stroke Can move 180 degrees through the chamber, giving time to peel off maximum energy from combustion and to allow one in Essentially complete Combustion is allowed. It can however, three, four or even more piston members are also provided become.

Vorzugsweise wird Fluid mittels eines oder mehrerer um die Kammer herum angeordneter Kanäle der Kammer zugeführt oder daraus abgeführt, wobei die Kanäle so angeordnet sind, dass eine Bewegung des oder jedes Kolbenglieds in der Kammer zwischen dem Kolbenglied und dem Ventilmechanismus angeordnete Fluidvolumen gezielt einem jeweiligen Kanal zur Verfügung stellt und eine Fluidverbindung zwischen einem jeweiligen Volumen und dem jeweiligen Kanal gezielt verhindert. Auf diese Weise kann der Bedarf nach äußeren Ventilen reduziert oder eliminiert werden, wobei das Kolbenglied darüber hinaus als Ventil dient. Zum Beispiel kann das Einlassmittel einer Kompressionspumpe (oder eines entsprechenden Teils des Verbrennungsmotors) von dem Ventilbereich beabstandet so angeordnet sein, dass es mit einem Volumen der Kammer in Strömungsverbindung steht.Fluid is preferably by means of a or several channels of the chamber arranged around the chamber supplied or derived therefrom, whereby the channels are arranged so that movement of the or each piston member in the chamber between the piston member and the valve mechanism arranged arranged fluid volumes targeted to a respective channel and a fluid connection between a respective volume and the respective Channel specifically prevented. In this way, the need for external valves be reduced or eliminated, with the piston member beyond serves as a valve. For example, the inlet means of a compression pump (or a corresponding part of the internal combustion engine) from the Valve area to be spaced so that it with a Volume of the chamber in flow communication stands.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen weiterbeschrieben; es zeigen darin:The invention is exemplified below Reference to the attached Drawings further described; it shows:

1 eine auseinandergezogene Ansicht, die zwei Hälften eines Zylinderblocks zeigt, der einen Teil eines erfindungsgemäßen Motors bildet; 1 an exploded view showing two halves of a cylinder block which forms part of an engine according to the invention;

2 die Kolbeneinheit zum Betrieb im Zylinderblock nach 1; 2 the piston unit for operation in the cylinder block 1 ;

3 eine schematische Außenansicht eines zusammengebauten Motors mit zwei Ventiltellern; 3 a schematic external view of an assembled engine with two valve plates;

4–8 schematisch fünf verschiedene relative Positionen der beiden Ventilteller; 4 - 8th schematically five different relative positions of the two valve plates;

9 eine Draufsicht des Motors, in der die äußere Druckgaskammer schematisch dargestellt ist; 9 a plan view of the engine, in which the outer compressed gas chamber is shown schematically;

10, 11 und 12 im Querschnitt ausgeführte Seitenansichten des Motors, in denen drei verschiedene Stufen eines Betriebszyklus gezeigt werden; und 10 . 11 and 12 cross-sectional side views of the engine showing three different stages of an operating cycle; and

13 eine schematische Darstellung einer Abgasreinigungseinheit zur Verwendung mit dem in den 1 bis 12 gezeigten Motor. 13 is a schematic representation of an exhaust gas purification unit for use with the in the 1 to 12 shown engine.

Der in den Figuren dargestellte Motor weist einen Motorblock 10 auf, der aus zwei Hälften 12, 14 besteht. Wie in 1 gezeigt, sind diese mit Ausnahme der Einlass- und der Auslassöffnung 16, 18, die in den Figuren nur in einer Hälfte 14 erscheinen, spiegelsymmetrisch. Zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgrads könnten in beiden Hälften Einlass- und Auslassöffnungen vorgesehen sein.The engine shown in the figures has an engine block 10 on that of two halves 12 . 14 consists. As in 1 are shown, with the exception of the inlet and outlet openings 16 . 18 that in the figures only in half 14 appear, mirror-symmetrical. In order to achieve maximum efficiency, inlet and outlet openings could be provided in both halves.

Wenn die beiden Hälften aneinander befestigt sind, falls erforderlich mit einer geeigneten Dichtung dazwischen, bilden sie eine eingeschlossene zylindrische oder ringförmige Kammer, die den Zylinder des Motors bildet. Beide Hälften weisen eine Bohrung 20 zur Aufnahme einer Welle einer Kolbeneinheit auf, die in 2 gezeigt wird, wo sie allgemein mit 22 bezeichnet wird. In der Mitte jeder Hälfte ist eine Labyrinthdichtungsanordnung 24 vorgesehen (nur in 1 an Hälfte 12 zu sehen), die aus abwechselnden Nuten und Stegen um die Achse der Bohrung 20 herum besteht. Die Nuten und Stege wirken mit abwechselnden Stegen und Nuten 26 an der Kolbeneinheit 22 zusammen. Eine Labyrinthdichtung ist nur eine Art von geeigneter Dichtung, und es könnten auch alternative Dichtungsanordnungen verwendet werden.When the two halves are secured together, with a suitable seal between them if necessary, they form an enclosed cylindrical or annular chamber which forms the cylinder of the engine. Both halves have a hole 20 for receiving a shaft of a piston unit, which in 2 is shown where it is generally designated 22. In the middle of each half is a labyrinth seal arrangement 24 provided (only in 1 in half 12 to see), which consist of alternating grooves and webs around the axis of the bore 20 around. The grooves and bars act with alternating bars and grooves 26 on the piston unit 22 together. A labyrinth seal is only one type of suitable seal, and alternative seal arrangements could also be used.

Der Block 10 weist im zusammengebauten Zustand einen Schlitz 28 auf, der teilweise in jeder der Hälften 12, 14 ausgebildet ist, um eine Ventileinheit aufzunehmen, die einen Teil des Zylinderumfangs abwechselnd sperrt und entsperrt. Diese Einheit wird weiter unten ausführlicher beschrieben.The block 10 has a slot when assembled 28 on, partially in each of the halves 12 . 14 is designed to receive a valve unit that alternately locks and unlocks part of the cylinder circumference. This unit is described in more detail below.

Des Weiteren weist der Block einen Rrbeitsfluideinlass 72 und einen Abführauslass 74 auf.The block also has a working fluid inlet 72 and a laxation outlet 74 on.

2 zeigt die Kolbeneinheit 22, die an einer Welle 30 montiert ist, welche in den Bohrungen 20 im Block 10 läuft. 2 shows the piston unit 22 that on a shaft 30 is mounted, which in the holes 20 in the block 10 running.

Es werden geeignete Lager vorgesehen, um zu gewährleisten, dass sich die Welle 30 gleichmäßig und frei in den Bohrungen 20 dreht.Appropriate bearings are provided to ensure that the shaft 30 even and free in the holes 20 rotates.

Die Einheit 22 weist eine mittlere Nabe 32 auf, und am Umfangsrand der Nabe 32 sind zwei Kolben 34, 36 angebracht. Wie in 2 zu sehen, bestehen diese Kolben aus Scheiben, die jeweils durch eine Stütze 38 am Umfangsrand der Nabe 32 abgestützt werden, wobei sich die Stützen bei Betrachtung in Drehrichtung der Kolbeneinheit vor den Scheiben 34, 36 befinden.The unit 22 has a medium hub 32 on, and on the peripheral edge of the hub 32 are two pistons 34 . 36 appropriate. As in 2 to see be these pistons are made of disks, each by a prop 38 on the peripheral edge of the hub 32 are supported, the supports being in front of the disks when viewed in the direction of rotation of the piston unit 34 . 36 are located.

Die Kolbeneinheit 22 und der Block 10 sind so ausgeführt, dass bei Montage der beiden Blockhälften aneinander mit der Kolbeneinheit dazwischen die Kolben 34, 36 in den Zylinder 25 passen und darin frei drehbar sind. Die Oberfläche der Kolben 34 sollte so sein, dass sie die gesamte Querschnittsfläche des Zylinders 25 einnehmen, die Flächen der Zylinder aber nicht ganz berühren, so dass bei Drehung der Kolbeneinheit im Zylinder das Innenvolumen des Zylinders von den Kolben 34, 36 durchlaufen wird. Gegebenenfalls können Kolbenringe an den Umfangsflächen des Kolbens angebracht werden, um zwischen dem Kolben und der Zylinderwand eine Dichtung bereitzustellen, dies wird jedoch nicht bevorzugt. Bei einem schnell rotierenden Kolben sind die Verluste durch den schmalen Spalt zwischen dem Kolben und der Zylinderwand gering, und die Vorteile der berührungsfreien Dichtung bestehen darin, dass kein Verschleiß berücksichtigt werden muss, keine Schmierung erforderlich ist und der Kolbendrehung infolge der Dichtung kein Widerstand entgegengesetzt wird.The piston unit 22 and the block 10 are designed so that when the two block halves are fitted together with the piston unit in between, the pistons 34 . 36 in the cylinder 25 fit and are freely rotatable in it. The surface of the pistons 34 should be such that it covers the entire cross-sectional area of the cylinder 25 take up, but do not touch the surfaces of the cylinders completely, so that when the piston unit rotates in the cylinder, the internal volume of the cylinder of the pistons 34 . 36 is going through. If necessary, piston rings can be attached to the peripheral surfaces of the piston to provide a seal between the piston and the cylinder wall, but this is not preferred. With a fast rotating piston, the losses due to the narrow gap between the piston and the cylinder wall are low, and the advantages of the non-contact seal are that no wear has to be taken into account, no lubrication is required and there is no resistance to the piston rotation due to the seal ,

Die Kolbeneinheitswelle 30 weist ein Synchronisierzahnrad 40 auf, damit die Drehung der Kolbeneinheit mit der anderer Motorteile synchronisiert werden kan. Das andere Ende der Welle 30 bildet die Abtriebswelle des Motors und kann ein Schwungrad tragen, das einen gezahnten Rand zum Eingriff mit einem Startermechanismus aufweisen könnte.The piston unit shaft 30 has a synchronizing gear 40 so that the rotation of the piston unit can be synchronized with that of other engine parts. The other end of the shaft 30 forms the output shaft of the engine and can carry a flywheel that could have a toothed rim for engagement with a starter mechanism.

3 zeigt den zusammengebauten Motor mit den beiden zusammengebauten Hälften 12, 14 und der sich darin befindenden und deshalb nicht sichtbaren Kolbeneinheit 22. 3 zeigt insbesondere zwei konzentrische Ventilteller 42, 44, die sich durch den Schlitz 28 in den Zylinder 25 erstrecken. Die Teller drehen sich um eine Achse 45, wobei der Teller 44 auf einer Welle 46 und der Teller 42 auf einer Welle 48 angebracht ist. Die Wellen 46 und 48 sind konzentrisch und mit in entgegengesetzte Richtungen weisenden Kegelrädern 50, 52 ausgestattet. Die Kegelräder 50 und 52 kämmen mit einem dritten Kegelrad 54, das auf einer Welle 57 montiert ist, die ein Zahnrad 56 trägt, welches über einen Riemenantrieb 58 von dem Zahnrad 40 angetrieben wird. Im Betrieb bei Drehung des Zahnrads 56 dreht sich das Kegelrad 54, und dies bewirkt eine Drehung der kämmenden Kegelräder 50, 52 in entgegengesetzten Richtungen zur Drehung der Teller 42 und 44 in entgegengesetzten Richtungen. Der Antrieb für die Teller 42, 44 von der Welle 30 (das heißt die Durchmesser der Zahnräder 40 und 56 und die Übersetzungsverhältnisse der Kegelräder 50, 52, 54) wird so ausgelegt, dass sich die Teller doppelt so schnell drehen wie die Kolbeneinheit 22. 3 shows the assembled engine with the two assembled halves 12 . 14 and the piston unit inside and therefore not visible 22 , 3 shows in particular two concentric valve plates 42 . 44 through the slot 28 in the cylinder 25 extend. The plates rotate around an axis 45 , the plate 44 on a wave 46 and the plate 42 on a wave 48 is appropriate. The waves 46 and 48 are concentric and with bevel gears pointing in opposite directions 50 . 52 fitted. The bevel gears 50 and 52 mesh with a third bevel gear 54 that on a wave 57 is mounted, which is a gear 56 which carries over a belt drive 58 from the gear 40 is driven. In operation when the gear rotates 56 the bevel gear turns 54 , and this causes the meshing bevel gears to rotate 50 . 52 in opposite directions to the rotation of the plates 42 and 44 in opposite directions. The drive for the plates 42 . 44 from the wave 30 (that is, the diameter of the gears 40 and 56 and the gear ratios of the bevel gears 50 . 52 . 54 ) is designed so that the plates rotate twice as fast as the piston unit 22 ,

Obgleich die Teller 42 und 44 in 3 mit einem sichtbaren Abstand dazwischen gezeigt werden, werden sie in der Praxis so eng wie möglich beieinander angeordnet, dass sie sich in entgegengesetzten Richtungen drehen können, ohne miteinander in Kontakt zu kommen.Although the plates 42 and 44 in 3 shown with a visible distance between them, in practice they are placed as close together as possible that they can rotate in opposite directions without coming into contact with each other.

Der durch das Zahnrad 40 angetriebene Synchronisierriemen 58 läuft auch um eine Riemenscheibe einer Zeitsteuerung 59 herum (die schematisch gezeigt wird und den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung (durch eine Einspritzdüse 68) und das Öffnen und Schließen der Ventile 64, 66 (die in Bezug auf 9 zu beschreiben sind) steuert).The one through the gear 40 driven timing belt 58 also runs around a timing pulley 59 around (which is shown schematically and the time of fuel injection (through an injector 68 ) and opening and closing the valves 64 . 66 (the regarding 9 are to be described) controls).

Der Durchmesser der Ventilteller 42, 44 ist derart, dass, wenn die Teller durchgehend wären, sie den Zylinder 25 dort sperren würden, wo sie den Zylinder durchqueren.The diameter of the valve plate 42 . 44 is such that if the plates were continuous, they would be the cylinder 25 lock where they cross the cylinder.

Die Teller 42, 44 sind jedoch nicht durchgehend und weisen jeweils einen ausgeschnittenen Bereich um ihren Umfang herum auf, wobei die Formen dieser Ausschnitte in 4 gezeigt werden, wo die Kontur des Tellers 42 ausgezogen und die Kontur des Tellers 44 dahinter gestrichelt gezeigt wird.The plates 42 . 44 However, they are not continuous and each have a cut out area around their circumference, the shapes of these cutouts in 4 be shown where the contour of the plate 42 undressed and the contour of the plate 44 behind it is shown in dashed lines.

4 zeigt eine Position, in der die Teile der beiden Teller, die zusammenfallen, einen kreisförmigen Durchgang durch die Ventilteller 42, 44 öffnen, durch den die Kolben 34, 36 passieren können. Es ist wünschenswert, dass der Durchgang hinter den Ventilplatten unmittelbar vor Annäherung eines Kolbens 34, 36 plötzlich öffnet und sich unmittelbar nach Durchgang des Kolbens wieder schließt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Drehgeschwindigkeit der Ventilteller doppelt so groß ist wie die der Kolbeneinheit. 4 shows a position in which the parts of the two plates that fall together have a circular passage through the valve plates 42 . 44 open through which the pistons 34 . 36 can happen. It is desirable that the passage behind the valve plates be just before a piston approaches 34 . 36 suddenly opens and closes again immediately after the piston has passed. This is achieved in that the speed of rotation of the valve disk is twice that of the piston unit.

In 5 ist die Öffnung 60 fast vollständig geschlossen. In 6 ist die Öffnung nun geschlossen und bleibt für die nächsten ca. 300 Grad der Drehung der Teller geschlossen bis zu der Position nach 7, die den Zustand kurz vor dem Öffnen zeigt, und 8, in der das Öffnen bis zu einem ausreichenden Ausmaß beginnt, damit die Stütze 38 vor einer Kolbenscheibe passieren kann, die passiert, sobald die Öffnung 60 vollkommen kreisförmig ist.In 5 is the opening 60 almost completely closed. In 6 the opening is now closed and remains closed for the next approx. 300 degrees of rotation of the plates up to the position 7 , which shows the condition just before opening, and 8th , in which the opening begins to a sufficient extent for the support 38 can happen in front of a piston disc that happens as soon as the opening 60 is completely circular.

Durch Verwendung zweier Teller auf diese Weise, die die Öffnung 60 aus entgegengesetzten Richtungen öffnen und schließen, wird das schnellstmögliche Öffnen und Schließen der Öffnung erreicht.By using two plates in this way, the opening 60 Opening and closing from opposite directions, the fastest possible opening and closing of the opening is achieved.

9 ist eine schematische Draufsicht des Motors, die den Zylinder 25 und die Auslass- und Einlassöffnung 16 und 18 zeigt. Die Auslassöffnung 16 ist über eine Zufuhrleitung 61 mit einer Druckkammer 62 verbunden, und eine Rückleitung 63 führt von der Druckkammer 62 in die Zylindereinlassöffnung 18. Die Druckkammer 62 weist ein Druckentlastungsventil 67 auf. Die Zufuhrleitung 61 enthält ein Einwegeventil 65, das Strömung von der Öffnung 16 zur Kammer 62 gestattet, aber eine Strömung in die entgegengesetzte Richtung verhindert. Die Rückleitung 63 enthält ein steuerbares Ventil 64 und ein Einwegeventil 66, das Strömung aus der Kammer 62 in die Öffnung 18 gestattet, aber Strömung in die entgegengesetzte Richtung verhindert. Des Weiteren enthält die Rückleitung 63 eine Kraftstoff-Einspritzdüse 68 und eine Zündkerze 76, wobei diese Teile bezüglich der Ventile 64, 66 wie in 9 gezeigt angeordnet sind. 9 is a schematic plan view of the engine, the cylinder 25 and the outlet and inlet opening 16 and 18 shows. The outlet opening 16 is via a supply line 61 with a pressure chamber 62 connected, and a return line 63 leads from the pressure chamber 62 into the cylinder inlet 18 , The pressure chamber 62 has a pressure relief valve 67 on. The supply line 61 contains a one-way valve 65 , the flow from the opening 16 to the chamber 62 allowed, but prevents flow in the opposite direction. The return line 63 contains a controllable valve 64 and a one-way valve 66 , the flow from the chamber 62 into the opening 18 allowed, but current in the opposite set direction prevented. The return also contains 63 a fuel injector 68 and a spark plug 76 , these parts related to the valves 64 . 66 as in 9 shown are arranged.

Im Folgenden wird der Betrieb des Motors unter Bezugnahme auf die 10, 11 und 12 beschrieben, die drei verschiedene Stufen eines Betriebszyklus zeigen.The following is the operation of the engine with reference to the 10 . 11 and 12 described, which show three different stages of an operating cycle.

In der in 10 gezeigten ersten Position teilen die Kolben 34 und 36 den Zylinder 25 in eine rechte Hälfte und eine linke Hälfte. In der rechten Hälfte 25a, bei der es sich um die Ansaugseite handelt, ist Luft (oder ein brennbares Gasgemisch) während der vorhergehenden Halbumdrehung in den Zylinder gesaugt worden und/oder ist durch ein mit einem Zylindereinlass 72 in Verbindung stehendes Gebläse 70 in die rechte Hälfte geblasen worden.In the in 10 shown first position divide the pistons 34 and 36 the cylinder 25 into a right half and a left half. In the right half 25a , which is the suction side, air (or a combustible gas mixture) was sucked into the cylinder during the previous half revolution and / or through one with a cylinder inlet 72 related blower 70 been blown into the right half.

Auf der linken, das heißt der Antriebsseite 25b des Zylinders, ist das Innenvolumen des Zylinders zur Abführöffnung 74 offen, so dass im Antriebshub nicht verwendetes Gas am Ende des Antriebshubs abgeführt werden kann.On the left, that is the drive side 25b of the cylinder, is the internal volume of the cylinder to the discharge opening 74 open so that gas not used in the drive stroke can be discharged at the end of the drive stroke.

In der nächsten Stufe, die in 11 gezeigt wird, haben sich die Kolben weiterbewegt, und die Ansaugseite 25a des Zylinders ist zwischen dem vorrückenden Kolben 34 und den geschlossenen Ventilplatten 42, 44 eingeschlossen. Das Gasgemisch in der rechten Zylinderhälfte 25a wird komprimiert und durch den Auslass 16 in die äußere Kammer 62 getrieben.In the next stage, which in 11 is shown, the pistons have moved on, and the suction side 25a of the cylinder is between the advancing piston 34 and the closed valve plates 42 . 44 locked in. The gas mixture in the right half of the cylinder 25a is compressed and through the outlet 16 into the outer chamber 62 driven.

Auf der linken Seite des Motors hat der Kolben 36 jedoch die Ventileinheit 42, 44 passiert, die nun geschlossen ist, und das Ventil 64 kann sich für eine kurze Zeit öffnen, um zu gestatten, dass komprimierte Luft aus der Kammer 62 in den Verbrennungsraum 25c eintritt. Während das Gas in den Verbrennungsraum 25c strömt, kann Kraftstoff durch die Einspritzdüse 68 eingespritzt werden. Nachdem das gewünschte Gas- und Kraftstoffvolumen in die Kammer 25c eingetreten ist und das Einwegeventil 66 passiert hat, kann durch eine Zündkerze 76 ein Funken gezündet werden, um eine Explosion in der Kammer 25c zu bewirken, die den Kolben 36 in eine entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufende Richtung (in Bezug auf die Motorausrichtung nach der Darstellung in den Zeichnungen) antreibt, um den Antriebshub des Motors zu erzeugen.On the left side of the engine is the piston 36 however the valve unit 42 . 44 happened, which is now closed, and the valve 64 can open for a short time to allow compressed air out of the chamber 62 into the combustion chamber 25c entry. While the gas is in the combustion chamber 25c flows, fuel can flow through the injector 68 be injected. After the desired gas and fuel volume in the chamber 25c has occurred and the one-way valve 66 can happen through a spark plug 76 a spark will be ignited to an explosion in the chamber 25c to cause the piston 36 drives in a counterclockwise direction (with respect to the motor orientation as shown in the drawings) to produce the drive stroke of the motor.

Wenn das Gebläse 70 noch läuft, unterstützt gleichzeitig die in den Zylinder geblasene Luft das Heraustreiben verbrauchter Abgase durch die Abführöffnung 74.If the blower 70 still running, at the same time the air blown into the cylinder supports the expulsion of used exhaust gases through the exhaust opening 74 ,

In der nächsten Stufe, die in 12 gezeigt wird, hat sich der Kolben 36 weiterbewegt, und eine neue Gasladung wird in die Ansaugkammer 25a gesaugt.In the next stage, which in 12 is shown, the piston has 36 moves on, and a new gas charge is placed in the suction chamber 25a sucked.

Während des Antriebshubs des Motors kann Wasser durch eine Wassereinspritzdüse 78 in die Kammer 25c eingespritzt werden. Das Wasser verdampft, und das sich daraus ergebende erhöhte Volumen trägt zur Motorkühlung, zur Antriebskraft auf den Kolben 36 und zur Reinigung der Motoremissionen bei.During the drive stroke of the engine, water can enter through a water injector 78 into the chamber 25c be injected. The water evaporates and the resulting increased volume contributes to engine cooling, the driving force on the piston 36 and to clean the engine emissions.

Der derartige Betrieb des Motors sorgt für weiteren Drehantrieb der Kolbeneinheit, und die Drehung der Welle 30 der Kolbeneinheit kann zum Antrieb einer externen Vorrichtung verwendet werden.The operation of the motor in this way ensures further rotary drive of the piston unit and the rotation of the shaft 30 the piston unit can be used to drive an external device.

Die Abgase strömen von der Abführöffnung 74 zu einer Abgasreinigungseinheit, die in 13 gezeigt wird. Die heißen Abgase enthalten kondensierbare Dämpfe, insbesondere Wasserdampf, die aus der Verbrennung von Kraftstoff im Motor stammende unerwünschte Produkte mitführen. Die heißen Gase treten durch einen Einlass 82 in einen Wärmetauscher/Kondensator 80 ein. Im Kondensator strömen sie in Wärmeaustauschbeziehung zu einem durch Kühlkanäle 84 strömenden Kühlfluid, bevor sie durch einen Auslass 86 als ein sauberer, gekühlter Gasstrom ausströmen. Der kondensierbare Bruchteil der Abgase sammelt sich in flüssiger Form 88 am Boden des Kondensators 80, und dieses Kondensat läuft unter Schwerkraft zu einer Filtereinheit 90 ab. In der Filtereinheit strömt das Kondensat durch Filterbetten 92 zwecks Entfernung von Feststoffen. Es können geeignete Medien (zum Beispiel Katalysatoren) eingebaut werden, um (möglicherweise durch Ausfällung und Filtration) unerwünschte Produkte, die in Lösung im Kondensat verblieben sind, zu entfernen.The exhaust gases flow from the exhaust opening 74 to an exhaust gas purification unit that is in 13 will be shown. The hot exhaust gases contain condensable vapors, in particular water vapor, which carry unwanted products from the combustion of fuel in the engine. The hot gases pass through an inlet 82 into a heat exchanger / condenser 80. In the condenser, they flow through cooling channels in a heat exchange relationship 84 flowing cooling fluid before passing through an outlet 86 flow out as a clean, cooled gas stream. The condensable fraction of the exhaust gases collects in liquid form 88 at the bottom of the capacitor 80 , and this condensate runs under gravity to a filter unit 90 from. In the filter unit, the condensate flows through filter beds 92 for the removal of solids. Suitable media (for example catalysts) can be installed in order to remove (possibly by precipitation and filtration) undesired products which remain in solution in the condensate.

Dann kann gereinigtes Kondensat vom Boden der Filtereinheit gesammelt und in einem Behälter 94 gelagert werden. Wenn es sich bei diesem Kondensat um Wasser handelt, kann es zur Wassereinspritzzufuhr zum Motor zurückgeführt werden. Als Alternative kann es einfach an die Atmosphäre abgelassen werden, wo es keine Verschmutzungsprobleme verursacht, da es gereinigt worden ist.Then cleaned condensate can be collected from the bottom of the filter unit and in a container 94 be stored. If this condensate is water, it can be returned to the engine for water injection. Alternatively, it can simply be released into the atmosphere where it does not cause pollution problems since it has been cleaned.

Die Filtereinheit 90 oder zumindest die Filtermedien 92 in der Einheit können in regelmäßigen Abständen ausgetauscht und entweder entsorgt oder regeneriert werden.The filter unit 90 or at least the filter media 92 in the unit can be replaced at regular intervals and either disposed of or regenerated.

Man hofft, dass die Kombination dieser Abgasreinigung zusammen mit der bereits beschriebenen Wassereinspritzung einen vollständigen Wasserumlauf zwischen dem Motor und der Abgasanlage gestattet.It is hoped that the combination of these Exhaust gas cleaning together with the water injection already described a complete Water circulation allowed between the engine and the exhaust system.

Der hier beschriebene Motor mit seinem Abgasreinigungssystem ist aufgrund mehrerer verschiedener, oben beschriebener Maßnahmen umweltfreundlich und nicht verunreinigend. Die Verwendung eines axialsymmetrischen Rotors gewährleistet, dass der Motor ohne die durch die Hubbewegung des Kolbens eines herkömmlichen Verbrennungsmotors verursachten Vibrationen gleichmäßig laufen kann. Infolgedessen läuft der Motor sehr ruhig, und es wird keine Energie durch ständige Verzögerung und Beschleunigung der sich bewegenden Massen verschwendet. Der Rotor läuft kontinuierlich mit einer konstanten Geschwindigkeit, wenn der Fahrer keine Beschleunigung oder Verlangsamung anfordert, aber selbst dann wird die Änderung der Rotorbewegung fließend erfolgen. Aufgrund dessen kann der hier beschriebene Motor weitaus energieeffizienter sein als herkömmliche Hubkolbenmotoren.The engine described here with its exhaust gas purification system is environmentally friendly and not polluting due to several different measures described above. The use of an axially symmetrical rotor ensures that the motor can run smoothly without the vibrations caused by the stroke movement of the piston of a conventional internal combustion engine. As a result, the engine runs very quietly and no energy is wasted due to constant deceleration and acceleration of the moving masses. The rotor runs continuously at a constant speed when the driver is not requesting acceleration or deceleration, but even then the change in rotor motion be fluent. Because of this, the engine described here can be far more energy efficient than conventional reciprocating engines.

Es versteht sich, dass die Kolbeneinheit gemeinsam mit den meisten Fluidverdrängungsmaschinen durch eine externe Energiequelle angetrieben und Fluid durch den Zylinder gepumpt werden kann.It is understood that the piston unit together with most fluid displacement machines by one external energy source powered and fluid pumped through the cylinder can be.

Der Motor kann entweder mit äußerer Verbrennung oder (wie hier beschrieben) mit innerer Verbrennung betrieben werden. Bei äußerer Verbrennung wird ein Druckgasvolumen in einer Kammer, wie zum Beispiel der Kammer 62, verbrannt, und dann können Ventile geöffnet werden, um das hochkomprimierte Gasgemisch dem Zylinderbereich 25c zuzuführen.The engine can be operated with either external combustion or (as described here) internal combustion. With external combustion, there is a volume of compressed gas in a chamber, such as the chamber 62 , burned, and then valves can be opened to the highly compressed gas mixture the cylinder area 25c supply.

Claims

Rotary internal combustion engine comprising: an annular cylinder ( 25 ); one for rotation around the cylinder axis on a shaft ( 30 ) attached rotor ( 22 ); at least two pistons attached to the rotor ( 34 ) whose cross-sectional area is essentially equal to the cross-sectional shape of the cylinder ( 25 ), the rotor and the pistons being arranged such that the pistons pass through the inner volume of the cylinder when the rotor rotates; a valve mechanism ( 42 . 44 ) to open and close the cross section of the annular cylinder; one on one side of the valve mechanism ( 42 . 44 ) pressure gas outlet leading from the cylinder ( 26 ); a one-way valve ( 65 ) in the compressed gas outlet; a compressed gas chamber ( 62 ) to receive gas from the outlet; one on the opposite side of the valve mechanism ( 42 . 44 ) combustion channel leading into the cylinder ( 18 ); a valve ( 64 . 66 ) to open and close the combustion channel regardless of the valve mechanism; and a means ( 76 ) for igniting a combustible gas mixture in the combustion duct; characterized in that a permanently open working fluid inlet ( 72 ) and a permanently open drain outlet ( 74 ) from the cylinder ( 25 ) is provided to supply or discharge fluid from opposite sides of the valve mechanism, the working fluid inlet and the discharge outlet being provided in positions which are substantially diametrical with respect to the valve mechanism with respect to the diameter of the annular cylinder ( 42 . 44 ) and that the valve mechanism has two parallel, opposing plates ( 42 . 44 ), each of which has a cutout on its circumference, the plates being arranged such that their plane of rotation intersects the cylinder at one point on the cylinder circumference.

The machine of claim 1, which includes an adjustable timing mechanism ( 59 ) containing a change in the timing of the operation of the combustion duct valve ( 64 . 66 ) regarding the valve mechanism ( 42 . 44 ) allowed.

The machine of claim 2, wherein the timing mechanism ( 59 ) for receiving input signals / drive from the rotor ( 22 ) and / or other engine parameters, such as temperature, driver speed request input, and other parameters known in relation to engine control.

Machine according to one of the preceding claims, in which two essentially diametrically opposite pistons ( 34 ) are provided.

Machine according to one of the preceding claims, in which the compressed gas chamber outside of the housing defining the cylinder.

Machine according to one of the preceding claims, in which the working fluid inlet ( 72 ) and the laxation outlet ( 74 ) are arranged so that movement of the pistons ( 34 ) in the chamber ( 25 ) between a piston ( 34 ) and the valve mechanism arranged fluid volume selectively available to the inlet and the outlet and specifically prevents a fluid connection between a respective volume and the inlet or the outlet.

Machine according to one of the preceding claims, in which the rotor ( 22 ) on a rotor shaft ( 30 ) and a flywheel is also attached to the rotor shaft.

Machine according to one of the preceding claims, which comprises a means ( 78 ) for the introduction of water into the chamber between the valve mechanism and the drain outlet ( 74 ) contains.